Công nghệ sinh học trong tạo giống cà chua chín chậm

Cây trồng chuyển gen là cây trồng ngoài vật chất di truyền sẵn có của nó còn được chuyển thêm vật liệu di truyền từ các sinh vật khác để tạo ra các tính trạng mong muốn bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tổ hợp ADN. Cây trồng chuyển gen được tạo ra bằng cách đưa đoạn ADN ngoại vào bộ genome của cây trồng nhờ sử dụng kỹ thuật di truyền.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗

Gv hướng dẫn: PGS.TS Ngô Xuân Mạnh

Nhóm thực hiện: Nông Thị Quỳnh Anh

Lê Thị Cẩm Lê Nguyễn Thị Tân Phan Thị Thanh Nguyễn Phương Thảo Nguyễn Thị Tuyết

Phạm Thu Trang

Mục lục

I What are transgenic plants?

II How are Transgenic Plants made?

III Cơ sở của việc chuyển gen cà chua chín chậm

IV Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens

V Chuyển gene điều khiển tổng hợp ethylene

VI Chọn lọc cây chuyển gen nhờ nptII gene

VII Những lợi ích của cà chua chuyển gen

VIII An toàn của cà chua biến đổi gen

I What are transgenic plants?

• Transgenic plants result from the insertion of genetic material from another organism so that the plant will exhibit a desired trait Recombinant DNA techniques (DNA formed by combining segments of DNA from different organisms) are usually used.

• Cây trồng chuyển gen là cây trồng ngoài vật chất di truyền sẵn có của nó còn được chuyển thêm vật liệu di truyền từ các sinh vật khác để tạo ra các tính trạng mong muốn bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tổ hợp ADN.

II How are Transgenic Plants made?

Transgenic plants are made by introducing new or foreign DNA into the genome of the plant by using recombinant techniques.

Fours steps are involved in developing transgenic plants.

Construction of the recombinant molecule.

Transformation techniques.

Selection and testing.

Backcross and gene stability.

Cây trồng chuyển gen được tạo ra bằng cách đưa đoạn ADN ngoại vào bộ genome của cây trồng nhờ

sử dụng kỹ thuật di truyền

Cây trồng chuyển gen được tạo ra thông qua 4 bước:

Thiết kế vector tái tổ hợp

Kỹ thuật biến nạp di truyền

Chọn lọc và đánh giá

Lai lại và tạo tính ổn định di truyền

Diệp lục Enzyme PG

III CƠ SỞ CỦA SỰ CHUYỂN GENE

CÀ CHUA CHÍN CHẬM

1 Quá trình chín của cà chua

• What are Pectins?

Pectin là một lớp polysaccharide phức tạp, nó chiếm 35%

trong cấu trúc thành tế bào thực vật.

Pectin tạo nên kết cấu đặc trưng của thành tế bào là độ vững chắc.

Nó được tạo thành chủ yếu từ các chuỗi acid galacturonic dài.

• Lúc bắt đầu chín, hormone sản sinh ethylene sẽ hoạt hóa cho một số phản ứng hóa sinh.

• Một trong số các phản ứng đó sẽ tạo thành một loại protein được gọi là polygalacturonase (PG)

• Enzyme này xúc tác cho phản ứng thủy phân phá vỡ liên kết (1,4)-glycosidic giữa các acid galacturonic

của phân tử pectin

Quá trình trên đã phân giải pectin tạo

thành các đơn phân Sự suy biến này của pectin đã gây ra quá trình mềm thành tế bào của thực phẩm như là cà chua.

Sự thay đổi sắc tố khi quả cà chua chín

(Mature green)

Break

Pectin làm cho tế bào cứng rắn

Khi quả chín lớp vỏ quả mềm là do quá trình phân giải pectin do enzyme tế bào sinh ra

PG Polygalacturonase enzyme

Pectin làm cho tế bào cứng rắn

Sự mềm của quá là nhờ vào quá trình

phá hủy cấu trúc của pectin

PG Polygalacturonase

2 Công nghệ đối bản sử dụng để hạn chế PG

enzyme

TATATACGAAGGCAC……

ATATATGCTTCCGTG……

TACGAAGGCAC TATA ATGCTTCCGTG…ATAT

AUGCUUCCGUG

P

P UACGAAGGCAC…

IV Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn

Agrobacterium tumefaciens

Chuyển gen nhờ vi khuẩn

Agrobacterium tumefaciens

Cấu tạo Ti-Plasmid của Agrobacterium

tumefaciens

Chuyển gen tạo cà chua FLAVR SAVRTM

Đối tượng tiến hành chuyển gen là cà chua

Tính trạng chuyển: hãm quá trình mềm của quả thông qua việc ức chế sự hoạt

Công nghệ ARN ngược nghĩa

Antisense Technology

Cà chua chuyển gen đối bản PG giảm

thiểu tới 95% PG enzyme.

Cà chua Flavr-Savr chín ngay trên cánh đồng nhưng quả vẫn rắn chắc trong một thời gian dài.

mRNA sẽ bắt cặp bổ sung với sợi đối

bản với nó dẫn đến không tiến hành dịch mã được Do đó enzyme PG không được tạo ra, kết quả là pectin không bị phân

hủy.

?

Sơ đồ quá trình chuyển gen vào cà chua

thông qua vi khuẩn Agrobacterium

Enzyme PG sinh ra sẽ

phá vỡ cấu trúc pectin ở thành tế bào làm cho quả chuyển trạng thái mềm.

Cà chua chuyển gen đối bản PG sẽ

tạo ra lượng PG ít hơn, thành tế bào sẽ mềm chậm hơn.

Wild-type fruit

Antisense PG fruit

The Flavr Savr tomato ripens

on the vine – resulting in fuller

flavour It is modified so that it

remains firm after harvesting

Flavr Savr Traditional

Ripe and Increased Flavour. Ripe but decreased Flavour.

The traditional tomato is sprayed with ethylene after shipping to induce ripening.

The traditional tomato must be harvested while it is still green and firm so that it is not crushed

on the way to the supermarket.

Thời gian thu hoạch khi

quả chuyển màu sắc chín

đỏ tích lũy đầy đủ các chất

Không cần phải xử lý quả

chín bằng ethylene, để cho

quả chín trực tiếp trên đồng

ruộng

Quả cứng rắn, thành quả bị

phân hủy từ từ làm cho

chất lượng quả ổn định và

có thể dự trữ trong kho

trong một khoảng thời gian

dài

Thu hoạch ở giai đoạn chín thương phẩm, quả vẫn còn xanh, khi thu về vẫn còn hiện tượng hô hấp chín tiếp (cà chua thuộc loại quả hô hấp đột biến) làm giảm hàm lượng các chất trong quả

Xử lý quả chín bằng ethylene

Quả nhanh bị thối, dập nát

do vỏ quả mềm

Bảo quản cà chua truyền thống

Bảo quản cà chua Flavr Savr trên đồng ruộng

Thành phần dinh dưỡng của cà chua

Sản phẩm cà chua chuyển gen được

bầy bán trong siêu thị

Sản phẩm được thương mại hóa và sản

xuất thành đồ hộp

V Chuyển gene điều khiển tổng hợp

ethylene

• Khí ethylen

• Ethylene có công thức hóa

học là C2H4, trong cấu trúc

phân tử có một liên kết đôi

Đây là một chất khí không

màu, không vị, không gây độc

• Một đặc tính quan trọng của

khí ethylene là tác dụng kích

thích quá trình chín của các

loại quả có hô hấp đột biến

(climacteric) hay còn gọi là

các loại quả có quá trình chín

sau thu hoạch, nghĩa là kể cả

khi quả đã được thu hoạch thì

quá trình chín của chúng vẫn

được duy trì như chuối, xoài,

đu đủ, hồng, cà chua

1 Quá trình tổng hợp ethylene

trong thực vật

Sơ đồ quá trình tổng hợp ethylene ở

thực vật

O2Malonyl CoA

CO2ACC oxidase Ethylene

2 Đường hướng tác động ức chế

sự tổng hợp ethylene

3 Điều khiển sự chín chậm thông qua ức chế sự tổng hợp ethylene qua chuyển gen

3.1 Ức chế sự biểu hiện của gen ACC

synthase ACC

(1-aminocyclopropane-1-carbonxylic acid) synthase là enzyme chịu

trách nhiệm chuyển hóa

S-adenosylmethiomine (SAM) thành ACC

• Từ bước thứ hai tới bước cuối cùng trong

quá trình sinh tổng hợp ethylene Sự biểu

hiện của enzyme bị cản trở khi một antisense hoặc một đoạn của bản sao gen synthase

được chuyển vào trong genome của thực vật

3.2 Chuyển gen ACC deaminase

Gen mã hóa cho enzyme này nhận được từ một vi khuẩn đất (Pseudomonas chlororaphis) không gây bệnh Vi khuẩn này có khả năng chuyển hóa ACC thành một phân tử khác, nhờ vậy làm giảm lượng ACC có thể nhận được để tạo ethylene

3.3 Chuyển gen SAM hydrolase

Phương pháp này cũng

tương tự như ACC

diaminase, bằng cách

giảm tiền chất của

ethylene Trong trường

hợp này, SAM được

chuyển hóa thành

homoserine Gen mã hóa

cho enzyme này được

phân lập từ thể thực

khuẩn E Coli T3

ACC oxidase là enzyme xúc tác cho sự oxi hóa ACC thành ethylene, bước cuối cùng trong con đường sinh tổng hợp

ethylene Thông qua công nghệ

anti-sense, giảm sự điều khiển gen ACC

Sơ đồ

vector

chuyển gen

ACC deaminase

VI Chọn lọc cây chuyển gen nhờ nptII

gene

Protein NPTII xúc tác cho quá trình chuyển

nhóm phosphate từ adenosine triphosphate (ATP) tới chất khánag kháng sinh có nhóm adenosineglycoside

5’-do đó làm bất hoạt các chất kháng sinh

Sự có mặt của gen NPTII cho phép chúng

ta có thể chọn được các cây cà chua chuyển gen thông qua môi trường có

chứa chất kháng sinh kanamycine

Hóa chất và hướng dẫn sử dụng gen nptII

marker

Cà chua chuyển gen chín chậm

VII Những lợi ích của cà chua chuyển gen

Thời hạn sử dụng sản phẩm tăng lên mang lại lợi ích cho cả người sản xuất và người tiêu dùng

Bảo đảm về chất lượng rau quả trên thị trường Giờ đây, nông dân có thể chờ rau quả trưởng thành đầy đủ mới thu hoạch Người tiêu dùng có thể mua được hàng hóa tốt với giá tiền phù hợp

Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm của mình trong một khoảng thời gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh.

Giảm thiệt hại sau thu hoạch Quả có

độ cứng cao hơn quả thông thường

do đó nó không bị bầm dập trong quá trình vận chuyển và thời gian lưu thông trên thị trường lâu hơn

Kéo dài thời hạn sử dụng nhưng rau quả vẫn tươi ngon

VIII An toàn của cà chua biến đổi gen

 1994, thực phẩm chuyển gen đầu tiên,

cây cà chua mang tính trạng chín chậm đã

được trồng và tiêu thụ ở một nước phát

triển Từ đó, ngày càng nhiều các thực

phẩm có nguồn gốc từ cây trồng chuyển

gen được thương mại hoá và sử dụng trên

toàn thế giới

 Việc đưa các thực phẩm mới này vào

bữa ăn hàng ngày đang làm tăng lên những băn khoăn chính đáng về độ an toàn của

chúng đối với sức khỏe con người

 Sau khi tiến hành nghiên cứu công nghệ

chín chậm và các sản phẩm của nó, các cơ quan quản lý của Hoa Kỳ đã kết luận rằng công nghệ chín chậm là an toàn, cà chua

tạo ra nhờ công nghệ này có thành phần

dinh dưỡng giống như cà chua thông

thường và không có sự sai khác về mức độ

dị ứng cũng như độc tố so với quả bình

thường

 Ngoài ra, các thử nghiệm đồng ruộng cho thấy cà chua chín chậm không gây ra bất kỳ một sự đe dọa nào tới những thực vật và

những sinh vật có ích khác

Vừa qua, Bộ NN&PTNT

đã lên tiếng khẳng định cây trồng và sản phẩm biến đổi gen không có hại cho sức khỏe và môi trường.

 Do vậy áp dụng công nghệ này có thể làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng của quả khi đến tay người tiêu dùng và cải thiện được cuộc sống của nông dân nghèo trong vùng.

• Tuy nhiên không phải quốc gia nào cũng có quan điểm như vậy? Bởi sự đánh giá bây giờ không ảnh hưởng nhưng không có nghĩa sau này không ảnh hưởng.

• Người ta đã nghiên cứu các cây trồng chuyển gene và thấy có hiện tượng di chuyển của

gene chuyển từ cây vào mao mạch đất Từ cây lúa này sang cây lúa khác khi chuyển

gene chống hạn Nhưng hiện tại trên cây cà chua chưa tìm thấy có sự thay đổi nào khi

chuyển gene chín chậm vào

• Hiện nay ở châu Âu không cho sử dụng

Tài liệu tham khảo

1 Giáo trình bảo quản chế biến nông sản

Nguyễn Mạnh Khải (Chủ biên) NXBNN

2005

2 Giáo trình sinh lý thực vật – Nguyễn Quang

Sáng (Chủ biên) NXBNN 2005

3 Tomato with a Delayed Ripening Gene